Спектроскопия и спектрометрия
Спектроскопия – раздел физики, который изучает взаимодействие веществ с электромагнитным излучением. При их взаимодействии электромагнитное излучение может поглощаться или рассеиваться. В результате возникают спектральные линии, которые позволяют изучить строение вещества. В ходе спектрального анализа ученые измеряют образовавшиеся спектры и интерпретируют их, решая таким образом самые разные задачи.
В основе спектрометрии лежит то, что электромагнитный пучок состоит из волн, которые отличаются своей длиной и частотой. Поэтому у каждого элемента будет собственный уникальный спектр. Спектроскопия позволяет изучать свойства материи. Так, например, при анализе свечения можно выяснить строение веществ в разных агрегатных состояниях – газов, жидкостей, твердых тел. Кроме того, методы спектрометрии дают информацию строении атомов, молекул, ионов, а также их взаимодействии. Во время исследования в зависимости от поставленных задач анализируются разные части спектра. Таким образом, методами спектрометрического анализа можно получить разные данные о строении вещества, отличающиеся высокой точностью.
Методы спектрометрического анализа
Цель спектрометрического исследования заключается в изучении спектров и исследовании взаимодействия электромагнитного излучения с разными веществами. Полученная в ходе анализа информация необходима для дальнейшего количественного изучения вещества.
Общая методология разработана в рамках науки спектроскопии. В ходе анализа электромагнитное излучение направляется на исследуемый образец, а исследователь наблюдает за возникающими спектрами. При этом определенный спектр образует световая энергия любого типа. Результаты анализа записываются в виде функции длины волны и уровня спектра. Однако, существуют разные методы, позволяющие решать конкретные исследовательские задачи:
По типу излучаемой энергии
При спектрометрических исследованиях часто изучается электромагнитное излучение. На использовании электромагнитного излучения разработаны разные методы спектроскопии:
- Микроволновая.
- Терагерцовая.
- Инфракрасная.
- Ультрафиолетово-видимая.
- Рентгеновская.
- Гамма-спектроскопия.
Также существуют методы, где используются и изучаются другие виды энергии. Например, нейронная и электронная спектрометрия основаны на анализе лучистой энергии. В акустических спектрометрических исследованиях анализируются волны давления.
По типу материала
Спектрометрия позволяет получать данные об атомах, молекулах, ядрах. Также она нашла свое применение в изучении кристаллических веществ, протяженных материалов.
По взаимодействию энергии с веществом
- Абсорбционная. Материал поглощает энергию.
- Эмиссионная. Материал, высвобождает энергию. Запустить эмиссию могут разные источники, например, огонь или электродуга.
- Упругое рассеяние. Характеризуется тем, что энергия отражается от изучаемого объекта.
- Неупругое рассеяние. Возникает, когда между веществом и излучением происходит взаимообмен энергией. В эту группу входят рамановская и комптоновская спектрометрия, имеющие широкое применение в науке и различных отраслях промышленности.
- Импедансная. При прохождении через материал волна замедляется или преломляется.
- Резонансная. В результате когерентного взаимодействия энергии с материалом, она связывает два квантовых состояния. К этой группе относятся спектроскопия ядерного магнитного резонанса и лазерные методы.
- Ядерная. Применяется для изучения ядер.
Виды спектрометров
Для спектрометрического анализа применяются спектрометры. Оборудование для спектрометрии отличается по способу разложения спектра и принципу действия. Однако, все типы спектрометров позволяют разделять спектры и анализировать их по отдельности. Спектр, который находится в фокальной плоскости, виден глазом при помощи окуляра. Это простейший вид оборудования, который называется спектроскоп.
Большей функциональностью обладают спектрографы, так как они позволяют регистрировать спектр на приемник излучения, в качестве которого может выступать, например, фотопластина. В монохроматорах применяются приемники излучения, отличающиеся по принципу своего действия. Выбор подходящего типа и модели зависит от тех задач, которые ставятся перед исследователем.
Применение спектроскопии
Спектроскопия как метод исследования вещества применяется в разных отраслях: медицине, химии, физике, биохимии, материаловедении, химической инженерии и т.д. При этом методами спектрометрического анализа можно решать разные задачи:
- Изучение атомной структуры веществ.
- Изучение электронной структуры материалов.
- Исследование космоса.
- Анализ отверждения композитных материалов.
- Выявление токсичных соединений.
- Неразрушающий элементный анализ.
- Изучение и изменение структуры лекарственных препаратов для повышения их эффективности.
На сегодняшний день спектрометрия остается одним из самых эффективных методов количественного анализа вещества, применяемая в разных отраслях.
- Комментарии